專利名稱：傳感器預加載和焊接固定裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一些實施例一般涉及傳感方法和系統(tǒng)。一些實施例也涉及壓力和溫度傳感器。一些實施例附加地涉及聲表面波(SAW)器件和傳感器。一些實施例附加地涉及焊接固定裝置和焊接技術(shù)。
背景技術(shù)：
在壓力和溫度傳感技術(shù)中已知有各種傳感器。對于處于恒定溫度下的并且可能受到溫度條件嚴重影響的任何裝置來說，具有探測壓力和/或溫度的能力是一個優(yōu)點。這種裝置的一個示例是汽車輪胎，當然，汽車輪胎的溫度和壓力都是變化的。許多不同的技術(shù)已被提議用于感知輪胎中的壓力和/或溫度并將此信息傳遞給車輛中心位置上的駕駛員，以便他知道輪胎處于低氣壓還是高氣壓。
這些壓力傳感器通常與車輛通信，使得感知的壓力和/或溫度可在車輛移動例如車輪相對車輛主體轉(zhuǎn)動時顯示給駕駛員。這些裝置通常相對復雜且昂貴，或者不是十分可靠。
一些輪胎壓力和/或溫度傳感器系統(tǒng)采用固定在主體上的傳感器，這樣，旋轉(zhuǎn)的車輪和底盤間無需轉(zhuǎn)動電氣接觸。在此系統(tǒng)中，當輪胎壓力較低時，輪胎胎壁發(fā)生變形，與胎壁接觸的傳感器桿因而發(fā)生偏斜。此系統(tǒng)為低輪胎氣壓提供一種指示，但不夠可靠。例如車輪上的泥土或其他雜物可能引起錯誤的讀數(shù)。此外，此系統(tǒng)僅在輪胎壓力大為降低時才提供指示，這是輪胎發(fā)生較大的膨脹所必需的。很明顯這樣的系統(tǒng)無法提供輪胎實際壓力的讀數(shù)。
在另一種形式的固定式傳感器中，可以探知車輛的高度，高度降低時認為輪胎壓力低。然而，如果輪胎在車轍中或停在不平整的地面上，則很有可能產(chǎn)生錯誤的低壓讀數(shù)。
更加復雜的系統(tǒng)可監(jiān)視輪胎壓力。例如，一些壓力傳感器系統(tǒng)采用由多磁極環(huán)構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)編碼器，該多磁極環(huán)由不同極性的磁性段以均勻的間隔且極性交替的方式分布在圓周上形成。與該環(huán)和固定撿拾器(一種感應(yīng)線圈系統(tǒng))共軸的傳送器線圈受在傳送器線圈內(nèi)流通的交變的電流激勵，產(chǎn)生一個磁場疊加在多磁極環(huán)產(chǎn)生的磁場上，多磁極環(huán)產(chǎn)生拾取的信號，并傳送與車輪的轉(zhuǎn)動特性即車輪的狀態(tài)有關(guān)的信號。
一些輪胎壓力系統(tǒng)也利用車輪系統(tǒng)，其中每個車輪上的每個傳感器都帶有無線電發(fā)射器，該發(fā)射器從車輪向車輛主體上的無線電接收器發(fā)送輪胎壓力等信息，此發(fā)送的信號被解碼以提供輪胎壓力等信息，并使得駕駛員可獲得這些信息。然而，常規(guī)的無線系統(tǒng)不耐用且設(shè)計和生產(chǎn)成本很高。
在壓力和溫度傳感應(yīng)用中如汽車輪胎中得到廣泛采用的一種傳感器是聲表面波(SAW)傳感器，這種傳感器可由底座上的傳感元件和壓力變換器傳感器隔板組成，該壓力變換器傳感器隔板是蓋子的一部分。為了使SAW傳感器正常工作，傳感器隔板一般應(yīng)與傳感元件在各種壓力水平和溫度下保持緊密接觸。
為補償封裝中的膨脹，當傳感元件和傳感器隔板被裝配起來使輸出頻率偏移已知的量時，它們必須被預先加載，這保證了始終是接觸的。在常規(guī)的傳感器設(shè)計中，蓋子和底座間的干涉配合可保持一個預加載，直到蓋子和底座用熔焊、錫焊或其他連接方法固定到位。
為了正確地構(gòu)造傳感器，如SAW傳感器，傳感裝置應(yīng)包括傳感器蓋子和傳感器底座，它們被焊接起來，以便由它們形成氣密封接。常規(guī)的焊接裝置和用于形成傳感器裝置的固定的問題之一是傳感元件常常受固定載荷的支配，該載荷可以使傳感器元件在傳感器組件內(nèi)受到損傷和/或妨礙形成真正的氣密密封封裝。因此，為了正確地構(gòu)造傳感器組件，需要一種改進的焊接固定裝置和可以與焊接固定裝置一起使用的焊接方法。
發(fā)明概述 以下本發(fā)明的概要是為了有助于更好地理解本發(fā)明特有的一些創(chuàng)新性特征，而不是作為詳細的說明。將全部說明書、權(quán)利要求書、附圖以及摘要作為一個整體可獲得對本發(fā)明各方面的全面了解。
因此，本發(fā)明的一個方面是提供一種改進的傳感器裝配方法和系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一個方面是提供一種在傳感器裝配期間用于將元件焊接到傳感器上的改進的方法和系統(tǒng)。
本發(fā)明的另外一個方面是提供一種在裝配傳感器組件，例如SAW傳感器器件時采用的焊接固定技術(shù)。
前面提到的本發(fā)明的各方面以及其他目的和優(yōu)點現(xiàn)在可以依照這里的說明獲得。這里公開了一種傳感器預加載和焊接系統(tǒng)和方法，其包括具有固定底座的焊接固定，其上安置具有傳感器底座和傳感器蓋子的傳感器組件，和與彈簧相關(guān)聯(lián)的加載棒，其中加載棒將特定重量提供到固定底座上，以便協(xié)助將傳感器蓋子和傳感器底座在固定底座上維持相互平行?？烧{(diào)節(jié)的加載支腳大體上設(shè)置在固定底座的上方，使得可調(diào)節(jié)的加載支腳向傳感器底座施加具有特定重量的預定載荷，以便在為了構(gòu)造傳感器組件而將傳感器底座和傳感器蓋子焊接到一起時使傳感器蓋子和傳感器底座牢固地保持到位。
為了協(xié)助將傳感器蓋子和傳感器底座在固定底座上維持相互平行，也可以將多個導向柱與加載棒制成一體。傳感器本身例如可以是包括一個或多個石英元件的SAW傳感器。此外，可以提供焊接機構(gòu)，用于將傳感器蓋子點焊(tack welding)到傳感器底座，以便密封傳感器組件。點焊可以經(jīng)由低激光功率產(chǎn)生。在實施點焊時，傳感器蓋子和傳感器底座優(yōu)選設(shè)置得垂直于焊接機構(gòu)產(chǎn)生的激光光束。也可以實施疊焊(stitch welding)，以便由用于密封傳感器組件的多個疊焊焊縫將傳感器蓋子焊接到傳感器底座上。最后，大功率激光器可以實施固定上的傳感器底座與傳感器蓋子的最后焊接。
附圖簡單說明 附圖進一步說明了本發(fā)明，并與本發(fā)明的詳細描述一起說明本發(fā)明的原理。在各個視圖中相同的標號表示相同或功能相似的元件，這些視圖結(jié)合在這里并作為說明的一部分。


圖1示出了一種可依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例實施的焊接固定固定裝置的各種視圖； 圖2示出了圖1中所示的依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例的焊接固定裝置的立視側(cè)視圖； 圖3示出了圖1和2中所示的依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例的焊接固定裝置的立視底視圖； 圖4示出了可依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例實施的傳感器組件的分解圖；和 圖5示出了說明可依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例實施的焊接方法的高級流程圖。
發(fā)明的詳細說明 這些非限制性實例中說明的的特定數(shù)值和構(gòu)造可被改變，在此處例舉只是為了說明本發(fā)明的至少一種實施例，而不是限制本發(fā)明的范圍。
圖1示出了可依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例實施的焊接固定固定裝置100的各種視圖。焊接固定裝置100的頂視圖和底視圖連同后側(cè)視圖和前側(cè)視圖一起都在圖1公開。圖2示出了圖1中所示的依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例的焊接固定裝置100的立視側(cè)視圖。此外，圖3示出了圖1和2中所示的依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例的焊接固定裝置100的立視底視圖。在圖1-3中，一般用相同的標號表示相似或相同的部分。
焊接固定裝置100一般包括固定底座102，具有傳感器底座(沒有在圖1中示出)和傳感器蓋子(也沒有在圖1中示出)的傳感器組件101可以被定位和設(shè)置在該固定底座上，以便經(jīng)由焊接固定裝置100進行焊接。固定底座102可以由諸如銅這樣的材料制成。一般地，固定底座102起著定位器的作用，并且包括定位器保持器120，用于經(jīng)由焊接機構(gòu)(例如激光焊接機構(gòu))的上次位置，此處將對其做詳細說明。加載棒110通常與彈簧194相關(guān)聯(lián)，使得加載棒110可將特定重量提供給固定底座102，以便協(xié)助將傳感器組件101的傳感器蓋子和傳感器底座在固定底座102上維持相互平行。
傳感器組件101優(yōu)選設(shè)置在加載棒110的中心部分107的下面。彈簧194由帶有臺肩帽的螺桿106從上面壓緊。此外，可以將可調(diào)節(jié)的加載支腳108設(shè)置在固定底座102的上方，使得可調(diào)節(jié)的加載支腳108可以將具有特定重量的預定載荷施加到傳感器底座上，以便在為了構(gòu)造傳感器組件101而將傳感器底座和傳感器蓋子相互焊接在一起時，使傳感器蓋子和傳感器底座牢固地保持到位。
起著定位器桿作用的多個導向柱112和113可以與加載棒110相關(guān)聯(lián)或者與其制成一體，以便協(xié)助將傳感器組件101的傳感器蓋子和傳感器底座在固定底座102上維持相互平行。注意傳感器組件101可以構(gòu)造成SAW傳感器裝置(例如SAW″按鈕″傳感器)，其包括一個或多個石英元件。這種SAW傳感器裝置的一個示例在這里對照圖4做詳細的說明，圖中包括它的傳感器底座和傳感器蓋子部件。固定底座102此外包括孔123和122，其可以用于分別接合位于固定底座102上的導向柱112和113。
一般地，當將傳感器蓋子焊接到傳感器組件101的底座上時(即，參見圖4中的傳感器蓋子和傳感器底座)，傳感器組件101，例如SAW傳感器組件，要求不會影響傳感器組件101內(nèi)的任何SAW石英元件上的預定載荷的焊接工藝。因此，焊接固定裝置100可以用于在特定載荷下保持傳感器蓋子和傳感器底座相互平行。此外，如這里將要詳細說明的，可以實施的焊接方法包括在各種功率和焊接尺寸設(shè)置下的點焊、疊焊和最后焊接，使得不會施加附加的載荷或者導致對傳感器組件101內(nèi)的石英元件的卸載。
圖4示出了可依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例實施的傳感器組件400的分解視圖。圖4的傳感器組件400大體上類似于圖1的傳感器組件101。傳感器組件400例如可以用作壓力傳感器，其包括傳感元件406、傳感器底座408和蓋子404，該蓋子具有彈性隔板403和凹座402。
為使傳感器達到應(yīng)用所需的精度，凹座402應(yīng)與傳感元件406在各種壓力水平和溫度下保持緊密接觸。為了補償封裝材料(即，底座408和蓋子404)的熱膨脹，傳感元件406(例如石英傳感元件)和傳感器隔板403可以在裝配時預先加載，以便使輸出頻率偏移已知的量以確保始終保持接觸。
注意，雖然傳感器組件400可作為SAW壓力傳感器實施，可以理解的是本發(fā)明的備選實施例可在非SAW傳感器的條件下實施。例如，與其采用石英傳感元件相比，也可依照本發(fā)明的備選實施例采用其他類型的傳感元件(如陶瓷、硅及類似材料)。
凹座402可在蓋子制造時形成在蓋子404的壓力傳感器隔板403部分的中心。凹座402大體上與石英傳感元件406上的平表面接觸。通常，傳感器組件400可做成小的圓形元件。這種設(shè)計構(gòu)造通常實施為小的圓形密閉按鈕組件。示例尺寸包括直徑約12mm，厚度約2mm。當然可以理解這里提及的這些尺寸僅作為示例，而不應(yīng)被認為限制本發(fā)明的特征。傳感器組件400的尺寸可以依照這種裝置的需要和使用而改變。
蓋子404和底座408設(shè)計成通常使得組件的公差可降低。底座408和蓋子404的傳感器材料可用不銹鋼17-7PH制成。這種材料的優(yōu)點將詳細說明。壓力傳感器也可與接口設(shè)計板聯(lián)合構(gòu)造。例如，PCB或柔性電路互連可安放在壓力傳感器按鈕組件和一個或多個天線間以發(fā)送和接收無線數(shù)據(jù)。
傳感器組件400通常包括封裝蓋子404，該蓋子包括形成于隔板403中心的凹座402。在圖4中，隔板403的隔板區(qū)域大體用圓形虛線表示。類似地，凹座402也大體用圓形虛線表示。隔板403是蓋子402頂部上的平表面。
傳感元件106例如可實施為石英傳感元件、陶瓷傳感元件、硅傳感元件以及類似元件。例如，SAW薄片可用作傳感元件106。底座408包括底座部分220，底座部分220可以凹入底座408且傳感器元件或傳感元件406可安置在該底座部分中。
蓋子404開始可由退火狀態(tài)下約0.50mm厚的平板料制成。蓋子可隨后被沖壓成圓形，并深拉成杯形。接下來，凹座402可制作在蓋子404的隔板403部分的中心，使得凹座402深入蓋子404約0.6mm。顯然可以理解這里說明的這些尺寸僅作為示例目的，不應(yīng)被認為是本發(fā)明特性的限制。蓋子404的尺寸也可以依照這種裝置的需要和使用改變。
底座408也可由不銹鋼如不銹鋼17-7PH材料制成。將約2mm厚的退火材料沖壓成圓盤可形成底座408。這種盤可被制成使得兩個小鞍座從底座408突出，傳感器片(如傳感元件406)可安放其上?？?16和孔418因而可沖在底座408中，以利于該處的玻璃金屬封接?？?16與桿412相關(guān)聯(lián)，而孔418與桿414相關(guān)聯(lián)。桿412和414可用于穿過密封進行電氣連接。
圖5示出了顯示可依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例實施的焊接方法的高級流程圖500。該焊接工藝可以大體上包括三個單獨的步驟。采用鐘表面命名法表示圓形部件上的所以位置。第一步驟是點焊，其大體上由流程圖500的框502表示。在框502處顯示的操作可以使用低激光功率焊接機構(gòu)來完成，使得要焊接的部件垂直于焊接機構(gòu)產(chǎn)生的激光光束。該部件分別在12、6、3和9點鐘處的四個點處用一個點焊焊縫焊接。
第二工藝步驟涉及疊焊，其大體上從所示的框504處開始。疊焊工藝包括三組疊焊焊縫，其分別顯示于框506、508和510處。要被焊接的部件大體上設(shè)置在與焊接機構(gòu)產(chǎn)生的激光光束成大約65度的角度上。第一組疊焊焊縫，如示于框506處，可以在9、3、6和12點鐘處開始并且其長度可以為逆時針方向1小時。顯示于框508處的第二組疊焊焊縫可以從第一組疊焊焊縫結(jié)束的8、2、5和11點鐘處開始。第三組即最后一組疊焊焊縫，如顯示于框510處，可以在7、1、4和10點鐘處的第二組疊焊焊縫結(jié)束處開始。一旦第三組疊焊焊縫完成時，該部件或元件就被圍繞整個周邊完全焊接起來(例如圖4所示的傳感器組件400的周邊)。焊接工藝的第三即最后步驟是最后焊接，其大體上表示于框512處。該焊接可以用更高功率的激光來完成，其從12點鐘處開始并且完全圈繞該部件直到結(jié)束于12點鐘處，此時部件大體上與激光光束成大約65度的角度。
基于上面所述，可以理解本發(fā)明的實施例總體上描述了一種焊接固定裝置和一種用于將傳感器蓋子焊接到傳感器底座使得SAW石英上的任何預定載荷不受影響的技術(shù)。首先，提出了一種其中傳感器蓋子和傳感器底座設(shè)置得相互平行和處于特定的載荷下的固定裝置。其次，描述了一種焊接工藝，其包括在各種功率和焊接尺寸設(shè)置值下實施的點焊、疊焊和最后焊接，使得不必在組件內(nèi)部施加附加的載荷或者使石英卸載。
焊接固定裝置一般包括底座、加載棒、加載支腳和導向柱。固定的加載棒可以由彈簧加載和通過可調(diào)節(jié)的加載支腳而處于特定重量下，該可調(diào)節(jié)的加載支腳向底座施加預定的載荷并且也保持底座和蓋子相互平行?？梢栽诤附庸に噷嵤r保持對SAW石英上的預加載。
這里給出的實施例和實例被列出來最佳地說明了本發(fā)明及其實際應(yīng)用，因而使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員可制造和使用本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將看出，前述說明和實例僅被列出用作說明和示例的目的。本發(fā)明的其他變型和改進對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將很明顯，且所附的權(quán)利要求的目的是包括這些變型和改進。
前述說明不是為了詳盡說明本發(fā)明或限制本發(fā)明的范圍。依照以上說明，很多改進和變型都是可能的，且不偏離接下來的權(quán)利要求的范圍。預期本發(fā)明的使用可包括不同特征的部件。本發(fā)明的范圍應(yīng)該由本文所附的權(quán)利要求限定，提供對等同物各方面的完全認知。
權(quán)利要求
要求獨占產(chǎn)權(quán)或權(quán)利的本發(fā)明的實施例限定如下。對本發(fā)明作出說明后，權(quán)利要求如下1.一種焊接固定裝置，包括其上設(shè)置了具有傳感器底座和傳感器蓋子的傳感器組件的固定底座；與彈簧相關(guān)聯(lián)的加載棒，其中所述加載棒向所述固定底座提供特定重量，用于協(xié)助將所述傳感器蓋子和所述傳感器底座在所述固定底座上維持相互平行；和設(shè)置在所述固定底座上方的可調(diào)節(jié)的加載支腳，其中所述可調(diào)節(jié)的加載支腳向所述傳感器底座施加具有特定重量的預定載荷，以便在為了構(gòu)造所述傳感器組件而將所述傳感器底座和所述傳感器蓋子焊接到一起時使所述傳感器蓋子和所述傳感器底座牢固地保持到位。
2.權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，為了協(xié)助將所述傳感器蓋子和所述傳感器底座在固定底座上維持相互平行，所述裝置還包括與所述加載棒制成一體的多個導向柱。
3.權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述傳感器組件包括SAW傳感器。
4.權(quán)利要求3的裝置，其特征在于，所述SAW傳感器包括至少一個石英元件。
5.權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，還包括用于將所述傳感器蓋子點焊到所述傳感器底座上以便密封所述傳感器組件的焊接機構(gòu)。
6.權(quán)利要求5的裝置，其特征在于，所述點焊由用于密封所述傳感器組件的所述焊接機構(gòu)在低激光功率下提供。
7.權(quán)利要求6的裝置，其特征在于，所述傳感器蓋子和所述傳感器底座設(shè)置得垂直于由用于密封所述傳感器組件的所述焊接機構(gòu)產(chǎn)生的激光光束。
9.權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，還包括用于將所述傳感器蓋子經(jīng)由用于密封所述傳感器組件的多個疊焊焊縫疊焊到所述傳感器底座上的焊接機構(gòu)。
10.權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，還包括用于將所述傳感器蓋子焊接到所述傳感器底座的焊接機構(gòu)，其中所述焊接機構(gòu)包括大功率激光器。
11.一種焊接固定裝置，包括其上設(shè)置了具有傳感器底座和傳感器蓋子的SAW傳感器組件的固定底座，與彈簧相關(guān)聯(lián)的加載棒，其中所述加載棒向所述固定底座提供特定重量，用于協(xié)助將所述傳感器蓋子和所述傳感器底座在所述固定底座上維持相互平行；與所述加載棒制成一體的多個導向柱，以便協(xié)助將所述傳感器蓋子和所述傳感器底座在固定底座上維持相互平行；設(shè)置在所述固定底座上方的可調(diào)節(jié)的加載支腳，其中所述可調(diào)節(jié)的加載支腳向所述傳感器底座施加具有特定重量的預定載荷，以便在為了構(gòu)造所述SAW傳感器組件而將所述傳感器底座和所述傳感器蓋子焊接到一起時使所述傳感器蓋子和所述傳感器底座牢固地保持到位。
12.一種焊接固定方法，包括步驟提供其上設(shè)置了具有傳感器底座和傳感器蓋子的傳感器組件的固定底座，使加載棒與彈簧相關(guān)聯(lián)，其中所述加載棒將特定重量提供給所述固定底座，以便協(xié)助將所述傳感器蓋子和所述傳感器底座在固定底座上維持相互平行；和將可調(diào)節(jié)的加載支腳設(shè)置在所述固定底座上方，其中所述可調(diào)節(jié)的加載支腳向所述傳感器底座施加具有特定重量的預定載荷，以便在為了構(gòu)造所述SAW傳感器組件而將所述傳感器底座和所述傳感器蓋子焊接到一起時使所述傳感器蓋子和所述傳感器底座牢固地保持到位。
13.權(quán)利要求12的方法，其特征在于，還包括將多個導向柱與所述加載棒制成一體以便協(xié)助將所述傳感器蓋子和所述傳感器底座在固定底座上維持相互平行的步驟。
14.權(quán)利要求12的方法，其特征在于，所述傳感器組件包括SAW傳感器。
16.權(quán)利要求12的方法，其特征在于，還包括初始時將所述傳感器蓋子點焊到所述傳感器底座上以便密封所述傳感器組件的步驟。
17.權(quán)利要求16的方法，其特征在于，所述點焊通過使用低激光功率來提供。
18.權(quán)利要求17的方法，其特征在于，所述傳感器蓋子和所述傳感器底座設(shè)置得垂直于由所述低功率激光器產(chǎn)生的激光光束。
19.權(quán)利要求16的方法，其特征在于，還包括在其之后將所述傳感器蓋子疊焊到所述傳感器底座上的步驟。
20.權(quán)利要求19的方法，其特征在于，還包括在此之后使用大功率激光器將所述傳感器蓋子焊接到所述傳感器底座上的步驟。
全文摘要
公開了一種傳感器預加載和焊接裝置和方法。焊接固定裝置包括一種其上設(shè)置了具有傳感器底座和傳感器蓋子的傳感器組件的固定底座，和與彈簧相關(guān)聯(lián)的加載棒，其中所述加載棒向所述固定底座提供特定重量，用于協(xié)助將所述傳感器蓋子和所述傳感器底座在所述固定底座上維持相互平行?？烧{(diào)節(jié)的加載支腳大體上設(shè)置在所述固定底座上方，使得可調(diào)節(jié)的加載支腳可向傳感器底座施加具有特定重量的預定載荷，以便在為了構(gòu)造所述傳感器組件而將所述傳感器底座和所述傳感器蓋子焊接到一起時使所述傳感器蓋子和所述傳感器底座牢固地保持到位。
文檔編號B23K37/04GK1950174SQ200580013869
公開日2007年4月18日 申請日期2005年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月3日
發(fā)明者G·W·小埃森霍維, B·J·馬斯, W·L·伊勒斯 申請人:霍尼韋爾國際公司